それらのガラスコアと外部保護層の直径はそれぞれどのくらいですか？なぜそれらを任意に接続できないのですか？
光ファイバー通信および光学センサーの分野では、シングルモードファイバー（SMF）とマルチモードファイバー（MMF）の物理的な寸法仕様には、明確で一般的な工業規格があります。
ここでは、ガラスコア、クラッド、コーティングの直径の違い、およびそれらを直接接続してはならない深い物理的な理由を詳しく説明します。
1. シングルモードファイバーとマルチモードファイバーの各直径パラメータ
標準的な裸ファイバーは、内側から外側にかけて主に3つの層で構成されています：コア（Core）、クラッド（Cladding）、および保護コーティング（Coating）。
1. ガラスコア直径（Core Diameter）
- シングルモードファイバー：ガラスコアは非常に細く、一般的な規格は通常約 9\ \mu\text{m} です。これは、動作波長（例： 1310\ \text{nm} または 1550\ \text{nm} ）で光線が単一モード（基底モード LP_{01} ）のみで前方に伝播し、モード分散を完全に排除することを保証するためです。
- マルチモードファイバー：ガラスコアは明らかに太く、最も一般的な標準外径は 50\ \mu\text{m} （例：標準的な OM2、OM3、OM4）または 62.5\ \mu\text{m} （例：OM1）です。太いコアにより、何百、何千もの光モードが同時にコア内で異なる角度で全反射により伝送できます。
2. ガラスクラッド直径（Cladding Diameter）
- シングルモードファイバーとマルチモードファイバーのどちらであっても、それらのシリカガラスクラッドの外径規格は完全に同一であり、統一された 125\ \mu\text{m} です。
- この高精度の統一設計は、セラミックフェルールコネクタ、フランジアダプタ、または光ファイバー融着接続機を使用する際に、同じ機械的アライメントと位置決めの基準を提供するためです。
3. 外層保護コーティング直径（Coating Diameter）
- 標準ファイバー：通常のポリアクリレートコーティングの外径は通常 255\ \mu\text{m} です。例：標準シングルモードファイバー OFSCN® G.652D Optical Fiber および曲げ不感シングルモードファイバー OFSCN® G.657 Optical Fiber 。
- 高温特殊ファイバー：極端な温度に適応するため、外層には通常、非常に薄いポリイミド材料のコーティングが使用されます。例：OFSCN® 200℃ Polyimide Optical Fiber は、内部がシングルモード（コア径 9\ \mu\text{m} ）かマルチモード（コア径 50\ \mu\text{m} または 62.5\ \mu\text{m} ）かに関わらず、ガラスクラッドは標準の 125\ \mu\text{m} ですが、コーティングが非常に薄いため、外層コーティングの直径はわずか 155\ \mu\text{m} です。
2. なぜシングルモードファイバーとマルチモードファイバーは適当に接続してはいけないのか？
両者のガラス外径（クラッドはすべて 125\ \mu\text{m} ）と物理的なコネクタは一見同じように見えますが、それらを直接融着接続したり、フランジで接続したりすると、物理的に深刻な光信号劣化を引き起こします。
1. 非常に深刻な幾何学的カップリング損失
- マルチモードファイバーからシングルモードファイバーへの伝送（ MMF \rightarrow SMF ）：
光がエネルギー分布が非常に広い大口径コア（ 50\ \mu\text{m} または 62.5\ \mu\text{m} ）から小口径コア（ 9\ \mu\text{m} ）へカップリングされるのは、広大な消火用水管の水を細い毛細管に強制的に注入するようなものです。最も中心軸線上のごく一部の光しかシングルモードファイバーのコアに入れないため、外周にあるほとんどの高次モード光線は直接シングルモードファイバーのガラスクラッドに漏れ出し、ごく短距離で拡散・減衰します。これにより、10\ \text{dB} から 20\ \text{dB} 以上の甚大な幾何学的ミスマッチ損失が発生し、光通信リンクはほぼ完全に中断します。 - シングルモードファイバーからマルチモードファイバーへの伝送（ SMF \rightarrow MMF ）：
光が小口径コア（ 9\ \mu\text{m} ）から大口径コア（ 50\ \mu\text{m} ）へカップリングされます。幾何学的な断面積からは、シングルモードコアの光エネルギーはマルチモードの大口径コアに完全に注入され、幾何学的なエネルギー損失はほとんどありませんが、この局所的な注入は、マルチモードファイバー内の複雑で不安定な空間高次モード（すなわち、モード群分布の不均一性）を励起します。これにより、深刻な**モード分散（Modal Dispersion）**が発生し、光パルスは伝送中に深刻な広がりと変形を起こし、伝送距離と帯域幅が大幅に制限されると同時に、受信端でも大量の位相ノイズが発生します。
2. 光源と伝送メカニズムの不一致
- シングルモードシステムは通常、狭いスペクトル線幅と高いコヒーレンスを持つ半導体レーザー（LD）と組み合わせて動作し、キロメートル級、さらには大陸間級の超長距離、超広帯域伝送用に設計されています。
- マルチモードシステムは、低コストの発光ダイオード（LED）または垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）と組み合わされることが多く、深刻なモード分散が存在するため、通常はデータセンターなどの数百メートル以内の短距離伝送に限定されます。
- 両システムの物理的な伝送設計は完全に反対であり、強制的な混在接続は、システム光パワーバジェットの不均衡、ビットエラーレートの急増、さらには深刻な反射損失（Return Loss）による光モジュールの光電変換フィードバックの異常を引き起こします。
まとめ
エンジニアリングの実践において、シングルモードファイバーとマルチモードファイバーの外周クラッドサイズは完全に同一ですが、最も中心的な光チャネル（コア）のサイズは大きく異なります。信号の完全性と挿入損失に対する厳格な管理のため、あらゆる光ネットワークおよび光ファイバーセンサーの展開において、シングルモードファイバーとマルチモードファイバーは絶対に混合して直接接続してはいけません。
特殊用途または高温環境下でのシングルモードとマルチモードファイバーの線径構成を参照する必要がある場合は、以下のOFSCN®特殊ファイバー標準仕様を参照してください：
